进近着陆激光高程测量关键技术研究

发布时间：2020-03-25 17:45

【摘要】：激光高程测量作为新形式的测量体制,具备测量精度高、测量范围广、指向精度高等优势,现已广泛应用于地形地貌测绘等领域,成为国内外高度测量技术研究的重点。本文以进近着陆高程测量为背景,基于TOF(Time of flight)激光测量体制下,开展三维扫描高程测量系统关键技术及方法研究,包括高重频激光扫描探针技术、多传感器激光跟踪测量技术及激光高程测量辅助进场着陆系统集成技术。旨在解决目前微波导航、导航卫星+惯性导航系统精度低、抗干扰性差和适用条件苛刻等问题。具体研究内容如下:(1)基于激光扫描探测原理,搭建了单反射镜激光三维扫描高程测量系统,对系统指向性误差、扫描角误差进行了分析。得出高度测量的指向性偏差影响进近着陆垂直度检测和扫描角误差影响高度测量精度的结论。依据姿态补偿算法纠正了指向性误差,对扫描角误差设计了多光楔补偿的接收光学系统,使得探测器接收到的回波信号探测能量提高了30%。进一步开展了目标特性对回波强度影响的分析,得出脉冲激光测距回波信号强度是时间的累积过程,并且回波峰值功率随被测目标的倾斜角度的增加而衰减,严重影响激光测距的最大测程。(2)为适应复杂环境下的“视见”着陆,对单反射镜激光三维扫描高程测量系统成像分辨率进行了研究,采用全波形回波数据对目标回波信号处理,相对于离散式回波数据处理方式,该方法能精确测量最近目标物高度信息,并可获得光束范围内所有目标信息。此外,建立了目标成像分辨率仿真模型,提出最小目标包围的快速求交建模方法。以竖直分辨率为参考,确定激光器采集平面的虚拟截面,建立各截面与目标物体之间的物理交互逻辑关系并确定交线,并研究了不可描述目标成像过程。进一步采用体积小、效率高的单线推帚式扫描方式获得目标图像信息,分析了飞行速度、飞行高度对成像分辨率的影响,得出了测量系统的最佳应用条件。(3)基于MTA(Multiple-Time-Around)区间计算方法和迭代优化补偿方法设计了适应于进近着陆的单反射镜激光三维扫描高程测量系统,消除了距离模糊和因目标倾斜角度变化造成的成像失真问题。基于变倍扩束理论设计了发射光学系统,使得系统扩束比在一定范围内可以连续变化,保证了激光脚印的一致性;根据扫描角误差需求,设计了多光楔补偿接收光学系统,在不改变光强的情况下,提高了探测器接收到的回波信号能量。(4)对建立的激光高程测量系统,搭建了测试环境,分别对距离测量误差、目标分辨率、静动目标以及被测目标强度信息进行了试验,结果显示,所建立的系统距离测量误差小于10cm,视场角为60°,帧频达到了15Hz,像素为16×201点。
【图文】：

进近着陆,设备发展,指点信标,无线电

图 1.1 现有进近着陆设备发展着陆方式经历了目视、无线电仪表、惯导、GPS 等阶段。如要依靠目测的方法进行飞行和着陆判断，直到无线电着陆仪靠飞行员经验的着陆和飞行方法才得以改善[8-11]。下滑道外指点信标台中指点信标台下滑台航向/下滑台接收机指点信标接收机灯光耳机

水准高程,测量原理

来随着激光技术的发展，激光雷达成为对地观测空间信息获与成像光谱、合成孔径激光雷达一起被列为对地观测领域三辅助进近着陆激光雷达主要应用与军事领域，民用航空还没形测绘、规避障碍等方面得到了很好的发展。三维扫描高程测量研究现状激光高程测量的研究现状测量系统是自主获取环境信息的重要组成部分，现有的高程测测量、三角高程测量、气压高程测量、无线电雷达高程测量 1.3 所示，水准高程测量的原理是利用水准仪提供的水平视准尺寸的读数，采用一定的计算方法，，测定两点的高差，从算另一点的高程，有：ABh = a b
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249

【参考文献】